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技術開発進む産業用電源 「耐久性」と「自己診断」強化 稼働し続ける工場に寄与

製造設備ではさまざまな電源が使われている。発電所から変電所を経由して各事業所で受電した後、受電盤・配電盤を通って、制御盤にまでさまざまな経路を通じて電気が送られる。トランスなどの電源が活用され、電気は各ポイントにおいて変圧され、次の設備で使いやすい状態で送電される。その中でも、最も製造現場に近い場所で使用される電源が「スイッチング電源」である。「パワーサプライ」と呼ばれる「直流安定化電源」として、国内海外合わせ多数のメーカーが日々技術開発を競っている。

スイッチング電源の用途は多岐にわたる。センサ用電源・ロボット用電源などのFA用制御機器、アナライザ・オシロスコープなどの計測機器、各種医療機器などに利用されており、近年では工場の情報化に伴い、HUB・無線LAN機器など情報機器用に使用されるケースも増え、労働人口の減少に伴う工場の自動化にあわせ、市場は堅調な成長が続いている。これらの機器に使用されている部品は主にDC(直流)電源を必要とするものが多く、商用(交流)電源(AC電源)をDC5V(情報機器に多い)、DC24V(制御機器に多い)などに変換するため活用されている。

AC電源から安定的に直流電源を作りだす方式としては、大きくわけて「ドロッパ方式」と「スイッチング方式」がある。「ドロッパ方式」はトランスを用い、「大きい」「重い」「効率が悪い」といったデメリットの代わりに「低ノイズ」「壊れにくい」といったメリットがある。一方、「スイッチング方式」は半導体素子を用い「ノイズが発生する」というデメリットの代わりに「小さい」「軽い」「高効率」といったメリットがある。機器に組み込まれる場合は大きさが重要視されるため、「スイッチング方式」が主流となっており、ほとんどの電源は「スイッチング方式」の製品を指す。

■市場規模は国内2500億円
スイッチング電源の市場規模は国内で約2500億円前後といわれており、国内景気の回復や、自動車製造設備、半導体・液晶製造装置市場の堅調な推移により、今後も伸びるとみられている。その中でも標準品といわれる型式・仕様が既に決まっている製品と、カスタム品といわれるそのつど顧客仕様にあわせて開発する製品と大きく2種類があり、標準品は市場の約20%強を占めているといわれている。標準品の小型化や、コスト対応力の強化により、今後標準品が増えていくとみられている。

■標準品だけで数百機種
スイッチング電源選定の要素としては「入力電圧」「出力電圧・出力電流(出力電力)」などの基本要素の他に、「ケース有無」「取り付け方法」「(警報などの)出力有無」などが挙げられる。基本スペックとしては「変換効率」「仕様周囲温度」など多数の条件があり、全部を数えると、標準品だけで数百機種をそろえるメーカーもある。

さらに、最近では設備の省スペース化が顕著になってきており、スイッチング電源自体の体積も小さいものが好まれるようになってきている。

■「止めない」ニーズ対応
また、「インダストリアルインターネット」などの言葉で注目を浴びる「予兆保全」の分野でもスイッチング電源は期待されている。電源が破損してしまうと、電源供給を受けている機器が全て停止してしまう。最悪の場合、記憶装置(機能)が電源供給を必要とする場合、データ破損、データ紛失などにもつながるため、設備設計の際にスイッチング電源の信頼性は非常に重視される傾向にあり、「耐久性アップ」「メンテナンス時期のお知らせ機能」などを強化している。

■規格対応や多機能差別化ポイントに
国内で販売されるスイッチング電源も、制御盤や機器に組み込まれた状態で海外に輸出されるケースが年々増えている。そのため、電気的仕様に関する規格や、安全に関する規格などを各メーカーが積極的に取得している。欧州向け規格の「CE」、北米向け規格の「UL」などをはじめ、中国向け規格の「CCC」などがある。他にも欧州の環境影響物質に関する規格である「RoHS」など多数の規格があるため、輸出する装置に採用する場合は、各メーカーのHPなどの確認が必要だ。かつては個別にメーカーに問い合わせ、「非該当証明書」や「CE自己宣言書」などを取り寄せる必要があったが、現在では各メーカーHPで必要事項を入力し、書類PDFをダウンロードできる場合が増えてきている。

新製品開発の方向性としては「多機能化・高機能化」と「ローコスト化」の二極化が進んでいる。多機能化の例として、「電流表示」「自己診断(メンテナンス時期のお知らせ)」、高機能化の例として「小型化」「耐久性アップ」「変換効率のアップ」などが挙げられる。

特に耐久性アップについては各社強化している。耐久性に関するスペックについては、一般的に主要部品である「アルミ電解コンデンサ」の仕様により大きく左右される。アレニウスの法則といい、使用周囲温度が10℃上がると、寿命が半減するといわれており、各社ハイエンド品を中心に、耐熱温度が高いコンデンサの採用を進めている。この仕様はカタログ上では主に「使用周囲温度」のスペックに影響し、放熱設計など他の技術との組み合わせで、現在ではマイナス25℃~プラス75℃まで耐えられる製品も発売されてきている。

変換効率も各社技術開発を競っており、最近では90%を超える製品も出てきた。効率が良いと、省エネにつながるばかりか、エネルギーロス(=ほぼ熱に変換)による部品(コンデンサ)へのダメージが少なくなり、製品の安定化(長寿命化)にもつながる。電源がダウンしてしまうと装置全体が停止してしまうため、止まらない工場の実現のためには重要なスペックでもある。

ローコスト化については、大手メーカーがラインアップを追加して価格を見直す例や、海外工場に生産移管する例、取り付け金具などをオプション扱いにして本体価格を抑える例などの他に、新規メーカーが価格を武器に参入する事例も増えてきた。さらに台湾など海外メーカーが日本市場に参入し、コストを武器にシェアを伸ばしている。

また、ケースに入っていない基盤タイプのラインアップも年々増えており、ローコスト製品に関するニーズにも各社対応している。

■蓄電技術の活用も活発
蓄電池のローコスト化や、電力制御技術の進展により、電気を効率良く変換するだけではなく、「溜(た)める」ための蓄電装置も普及しはじめている。東日本大震災以降のエネルギー利用の効率化に対する機運が高まり、機器自体の省エネとあわせて、電力ピークカットによる電気料金削減や、非常用電源として、今後の普及も期待される。

■多様化する流通方法
流通方法も多様化し、WEBを使った販売方法が定着しつつある。従来は各地の制御機器を扱う専門商社が、各ユーザーから受注し、メーカーからの納入価格を基に、価格・納期を調整し、回答・販売するケースがほとんどを占めていたが、仕様が決まっている汎用標準品については、納期や価格をすぐ知りたいというニーズからWEBによる購入が増えている。

WEB販売の多くはわざわざ見積もりを取らずとも納入価格が明示されており、納期も最速即日出荷と、ユーザーにとっては部品の納期管理を含めた購入に関する工数を大幅に削減できるため、今後も増えると見込まれる。

一方で、特注仕様やハイエンド製品に関しては専門商社やメーカー技術営業スタッフによるサポートを受けながらの仕様決定が必要なため、仕様によって今後も流通方法のすみ分けが進んでいくと思われる。

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